იყო დრო, როდესაც ჩვენს სამყაროში არაფერი იყო, გარდა გაუმჭვირვალე, უსინათლო, მორევის მსგავსად მბრუნავი გაზის ზღვისა.
როდესაც სამყარო მილიარდი წლის გახდა, ეს ყველაფერი შეიცვალა. პირველი ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების რადიაციამ დრამატული ცვლილებები გამოიწვია, სინათლეს თავისუფლად, ელექტრომაგნიტურ სპექტრში გადაადგილების საშუალება მისცა.
ახალმა სიმულაციამ, სახელად „თესანი“, რომელსაც ასე ეტრუსკული განთიადის ქალღმერთის მიხედვით უწოდეს, მეცნიერებს სამყაროს ბნელი ხანის შესწავლის საშუალება მისცა. ის ახალი ხელსაწყოა იმის სანახავად, როგორ შეიძლება გაჩენილიყო სინათლე იმ ხანაში, რომელსაც კოსმოსურ განთიადს უწოდებენ. სიმულაცია წარმოუდგენლად მშვენიერია.
„თესანი ადრეული სამყაროსკენ გადებულ ხიდს ჰგავს. შექმნილია, როგორც მომავალი დასკვირვებელი მოწყობილობების იდეალურ სიმულაციური კოლეგა, რომლებმაც ერთობლივად ფუნდამენტურად უნდა შეცვალონ ჩვენი წარმოდგენა კოსმოსის შესახებ“, — ამბობს მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის ასტროფიზიკისა და კოსმოსური კვლევების ინსტიტუტის ფიზიკოსი აარონ სმიტი.
უმეტესი რამ, რაც სამყაროს შესახებ ვიცით, სინათლისგან ვისწავლეთ (თუ არ ჩავთვლით გრავიტაციულ ტალღებს, რომელიც ჯერ ახალი დარგია ასტრონომიაში). შესაბამისად, როცა სინათლე გარკვეული გზით შეფერხებულია, ჩნდება პრობლემები. ამის მაგალითია შავი ხვრელები, რომლებიც რაიმე დაფიქსირებად რადიაციას არ გამოყოფენ.
კიდევ ერთი ასეთი შემთხვევაა ადრეული სამყარო, დიდი აფეთქებიდან 50 მილიონი წლის შემდეგი პერიოდიდან მილიარდი წლის ასაკამდე. ამ პერიოდს კოსმოსურ განთიადს უწოდებენ, დროს, როდესაც ჩვენთვის დღეს ცნობილი სამყარო გამოსვლა-ჩამოყალიბებას იწყებდა პირველყოფილი პლაზმიდან. პირველი ვარსკვლავების გამოჩენამდე, ის სავსე იყო იონიზებული გაზის ცხელი, შავბნელი ნისლით. სინათლეს ამ ნისლში თავისუფლად გადაადგილება არ შეეძლო; ის უბრალოდ ფანტავდა თავისუფალ ელექტრონებს.
როდესაც სამყარო საკმარისად გაცივდა, პროტონებმა და ელექტრონებმა წყალბადის ნეიტრალურ ატომებად შეერთება დაიწყეს. ეს იმას ნიშნავს, რომ სინათლეს ბოლოსდაბოლოს უკვე შეეძლებოდა კოსმოსში გადაადგილება. დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 150 მილიონი წლის შემდეგ, როდესაც პირველმა ვარსკვლავებმა და გალაქტიკებმა დაიწყო წარმოქმნა, მათმა ულტრაიისფერმა რადიაციამ თანდათანობით მოახდინა სამყაროში ყველგან, უხვად არსებული ნეიტრალური წყალბადის რეიონიზაცია, რამაც ელექტრომაგნიტური რადიაციის მთლიან სპექტრს მისცა თავისუფლად გადაადგილების საშუალება. ამას რეიონიზაციის ეპოქას უწოდებენ.
დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით მილიარდი წლის შემდეგ, სამყარო უკვე მთლიანად რეიონიზებული იყო. ამ ერთ მილიარდზე წელიწადზე უფრო ადრეულ პერიოდში, ამჟამინდელი ტექნოლოგიებით ბევრს ვერაფერს ვხედავთ და შესაბამისად, კოსმოსური განთიადის პერიოდი ურთულესი შესასწავლია.
„ასტრონომთა უმეტესობას ექსპერიმენტების ჩასატარებელი ლაბორატორია არ აქვს. სივრცისა და დროის მასშტაბები ზედმეტად დიდია და შესაბამისად, ექსპერიმენტების ჩასატარებელი ერთადერთი გზა კომპიუტერებია. შეგვიძლია ავიღოთ ფიზიკის საბაზისო განტოლებები და ძირითადი თეორიული მოდელები, რათა ადრეულ სამყაროში მიმდინარე მოვლენათა სიმულაცია შევქმნათ“, — ამბობს ჰარვარდ-სმიტსონის ასტროფიზიკური ცენტრის ასტროფიზიკოსი რაჰულ კანანი.
სიმულაცია „თესანი“ გალაქტიკის ფორმაციის რეალისტური მოდელით იწყება, ახალი ალგორითმით, იმის რეპროდუქციას ახდენს, თუ როგორ ურთიერთქმედებას და ხელახლა აიონიზებს მიმდებარე გაზს; ასევე ახდენს კოსმოსური მტვრის მოდელირებას.
ეს პროცესები და ურთიერთქმედებები ძლიერ რთულია; 300 მილიონი სინათლის წლის სიგანის სამყაროს სიმულირებისთვის, დიდი აფეთქებიდან 400 000-დან მილიარდამდე წლის მონაკვეთში, მკვლევართა ჯგუფმა მძლავრი სუპერკომპიუტერი გამოიყენა, სახელად SuperMUC-NG, რომელიც „თესანის“ სამუშაოდ 30 მილიონი CPU საათის ეკვივალენტს იყენებს.
შედეგად მიღებული სიმულაცია რეიონიზაციის ეპოქის ამ დროისათვის ყველაზე დეტალური ხედია, რომელსაც ფიზიკა მილიონობით უფრო პატარა მასშტაბებზე დაჰყავს, ვიდრე სიმულირებული რეგიონები. ეს კი უპრეცედენტო ხედს გვთავაზობს ადრეულ სამყაროში გალაქტიკების წარმოქმნისა და გაზთან ურთიერთქმედების შესახებ. გვიჩვენებს იმ ეტაპობრივ ცვლილებებს, რომლებიც სამყაროში სინათლის გავრცელებას მოსდევდა.
„დაახლოებით წყალს ჰგავს ყინულის კუბიკების გასაკეთებელ ჭურჭელში; როდესაც მას საყინულეში შედებთ, დრო სჭირდება, მაგრამ გარკვეული ხნის შემდეგ, კიდეებიდან დაიწყებს გაყინვას და თანდათან გამაგრდება. სწორედ ასეთი სიტუაცია იყო ადრეულ სამყაროში — იყო ნეიტრალური, ბნელი კოსმოსი, რომელიც პირველი გალაქტიკების გამოჩენისას აკაშკაშდა და იონიზებული გახდა“, — ამბობს სმიტი.
როგორც სიმულაცია „თესანმა“ აჩვენა, თავდაპირველი სინათლე ძალიან შორს ვერ აღწევდა. დიდ მანძილებზე გადაადგილება სინათლემ მხოლოდ რეიონიზაციის ეპოქის დასასრულს შეძლო. მკვლევართა ჯგუფმა ასევე იხილა, რა ტიპის გალაქტიკებს ჰქონდათ უდიდესი გავლენა რეიონიზაციაზე, გაარკვიეს ისიც, რომ დიდ როლს თამაშობდა გალაქტიკის მასაც.
დიდხანს არ მოგვიწევს იმის ლოდინი, რათა ამ სიმულაციის სიზუსტე შევამოწმოთ. რამდენიმე თვეში სამეცნიერო ოპერაციებს დაიწყებს ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპი. მისი ერთ-ერთი მიზანი კი დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 300 000 წლის შემდეგი პერიოდის კვლევაა, როდესაც რეიონიზაცია იყო გაჩაღებული.
დაადასტურებს თუ არა ჯეიმს ვები სიმულაციის შედეგებს, დიდი მნიშვნელობა აღარ აქვს, რადგან ფაქტია, სულ მალე, ძალიან ბევრ ამაღელვებელ ცნობას შევიტყობთ სამყაროს დაბადების შესახებ.
კვლევა Monthly Notices of the Royal Astronomical Society-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია cfa.harvard.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
